技術報告 間伐材を用いた木造耐震シェルター −木造モノコック構造体の開発と応用− Seismic Housing Shelter using Thinned Wood - Development and Application of Timber Monocoque System 樫原 健一*1、桝田 洋子*2、田代 邦雄*3、田村 １．はじめに 敏幸*4、勢木 拓郎*5、金丸 沙映*6 れている。このうちもっとも一般的な軸組構法は施工者 有限責任事業組合（LLP） による精度のバラツキが出やすく、耐震性能の検証が難 j.Podエンジニアリングでは、 しい。しかし軸組構法は日本の気候風土から依然として 木板材と鋼製材料を組み合わ 木造住宅の主流を占めており、今後もこの傾向は変わら せたモノコック構造体（写 ないだろう。近年の傾向は、生産者（木材加工業者）を 真-1）を開発し、新工法とし 中心とした独自の木質ラーメン構法（金物システム含む） てシステム確立を図るととも を軸組構法と組み合わせて木造住宅のシステムを構築す に、種々の建築物への適用拡 る動きである。これは「ハイブリッドシステム」と表現 大を進めている 写真-1 木造モノコック構造 。すでに 体模型（1/10） 1）, 2） 数件の建築実績があり、公営 住宅（兵庫県）などで採用されているが、さらに高強度 の構造体を目指して部材接合部などを改良し、耐震シェ ルターとしての適用が可能となった。本システムを されることもあり、木造の可能性を広げる有力な手段で ある。 このような動きの中で、木造住宅の課題を以下のよう に捉えることができる。 1）森林資源を扱うエコ事業の側面から 「j.Pod」システムと称する。j.Podとは個々のモノコック 構造体（Pod）を連結（join）して建築物を形成する意味 間伐材の積極活用・地域産業の活性化 2）構造性能・耐震性能向上の側面から で名付けている。 木接合のハイブリッド化・モノコック構造化 我が国では木造住宅の構法として表-1の各種が用いら 表-1 3）施工品質の向上・安定化の側面から 単純な規格化・施工管理体制の整備 木造住宅の構法 4）自然素材の経年変化を克服する側面から 構造体の可変性・構造体の再利用 木造のモノコック構造体を開発し、生産供給体制を整 備することは以上の諸課題に対応するものであり、その 適用を通じて新たな地域産業を構築する一つの試みでも ある。 ＊ 1 2 ＊ 3 ＊ 4 ＊ 5 ＊ 6 ＊ KATAGIHARA Kenichi： （株）SERB・（LLP）j.Podエンジニアリング組合員 MASUDA Yoko：（有）桃李舎・（LLP）j.Podエンジニアリング組合員 TASHIRO Kunio：（株）染の川組・（LLP）j.Podエンジニアリングフェロー（渉外担当） TAMURA Toshiyuki：木質空間創作工房・（LLP）j.Podエンジニアリングフェロー（品質管理担当） SEKI Takuo：勢木設計・ （LLP）j.Podエンジニアリングフェロー（施工管理担当） KANAMARU Sae：（有）桃李舎・（LLP）j.Podエンジニアリングフェロー（構造設計担当） 21 GBRC Vol.34 No.4 2009.10 ２．モノコック構造体（Pod）の概要 を基本とし、さらに小径木材あるいは集成材への応用を 考慮したディテール標準化を行っている。 2．1 間伐材を用いたリブフレーム Podにおい て間口方向の 耐震要素はリ ブフレームの みとなるの で、その構造 特性がモノコ ック構造体の 耐震性能を決 図-1 定することに モノコック構造体（Pod）の部材構成 なる。リブフ 図-1に示すように、複数のリブフレームおよび鋼製の 3 レームの資材 図-3 リブフレームの資材構成 コーナーアングルによって連結して容積約20〜30m のボ 構成を図-3に リュームユニットをつくる。このユニットは床面および 示す。木材は柱、梁共に国内産のスギ板で、断面寸法 壁面で耐震要素と緊結されてモノコック構造体（Pod） 36mm×180mm（または150mm）の乾燥材を2枚重ね合 となる。リブフレームは地域産の木材（スギ板材）を用 わせて木ねじで一体化する。一体化のための木ねじピッ い、仕口部分に鋼板（3.2mm厚）を挟んで釘留めした剛 チは個々の板材が限界細長比以下となるように決定して 節フレームとする。リブフレームはその4隅でコーナー いる。柱・梁の仕口は、3.2mmのＬ型鋼板を挿入し、両 アングルに定ピッチ 側から多数のコンクリート釘を用いて鋼板を打ち抜き一 （455mm）でボルト 体化接合する。ただしこのとき、重ね合わせるスギ板は 接合する。 仕口部分でタテ材とヨコ材が交互配置になっている。す Podをコーナーア なわち、リブフレームの仕口は曲げモーメントに対して、 ングル位置で上下あ 鋼板の面内曲げとスギ板材どうしのめり込み抵抗で釣り るいは前後・左右に 合う剛節システムである。 連結し、複数のPod 2．1．1 リブフレーム単体の試験概要 からなる複合構造体 「j.Pod」を形成する リブフレームは内法幅2,730mm、内法高さ2,540mmの 図-2 モノコック複合構造体の組み合 わせ事例 耐震シェルター標準寸法である。2008年秋に福山大学 （図-2）。Pod間の連 （鎌田研究室）で加力したリブフレームは表-2の4タイプ 結部をGAPと称す。 で、スギは高知県産が1体、奈良県産が3体である。奈良 j.Podは上に述べたPodの部材構成法から次のような特 徴を有する。 ①小断面の板材を構造材としてリブフレームに使用す るので、スギ間伐材の利用が可能 ②精度確保のためリブフレームを工場で製作 県産の3体は同じスギ材だが、1体は加圧式防朽処理をし ており、1体は梁の中央に継手を設けている。耐震シェ ルターや耐震補強用のリブフレームは既存建物内での設 置工事になるため、現場継手が必要となる場合への対応 である。 ③鉄骨部材との組み合わせにより、現場施工が容易 ④解体に際してリブフレームの再利用が可能 ⑤経年変化に伴うリブフレームの交換が可能 ⑥増築のみでなく部屋の減築も可能 上記のコンセプトで部材および接合部を標準化し、基 本的な性状を解析および実験で検証している。本研究で はスギ板材（断面寸法36mm×150mm・36mm×180mm） 22 表-2 試験体材料 GBRC Vol.34 No.4 2009.10 表-3に各フレ 表-3 材料試験の結果 ーム中央部から 抜き取り（水平 載荷試験後）、曲 げ試験によって 調べたヤング係 数Eと曲げ強度 Fbを示す。曲げ 試験は2ｍスパン の中央集中載荷 で行っている。 一般建築用に開 発してきたユニ ットにおいては、 層間変形角 写真-2 リブフレーム水平載荷状況 リブフレームの 曲げ強度が25N/mm2以上あること（E70相当）を条件に している。耐震シェルターへの適用においては曲げ強度 30N/mm2以上（E90相当）とする。 水平載荷はオイルジャッキにより柱頭に水平方向の強 制変位を与える。層間変形角R＝1/240、1/120、1/60、 1/30、1/20、1/15、1/10、1/9、1/8radについて、各3サ イクルの正負交番繰り返し載荷（静的）を行った（写真2）。 2．1．2 試験結果 水平載荷試験の経過は4タイプとも共通し、層間変形 角約1/30radで木がきしむ音が鳴り始め、梁、柱表面に 細かいひび割れが入るが耐力低下は生じない。1/20rad を超えるとリブフレームの仕口に挿入した3.2mm厚の鋼 板が座屈し始める。1/15radを超えると鋼板の座屈が進 行し、徐々に耐力低下が始まる。実験はジャッキストロ ークの限界の1/8radで終了したが、最終時においても急 激な耐力低下は生じない。SK の耐力は13ｋN（1/15rad） と4体のうち最も大きい。SNは11.9 kN（1/15rad）で、 SNTとSNYはやや耐力が小さい。しかし材料強度に見ら れる程の差は見られず、耐力はほぼ同等と見なせる。水 平載荷においては継手の有無による影響はないと判断で きる。 図-4 図-4に水平載荷試験から得られた荷重-変形関係を示 水平載荷試験履歴曲線 す。縦軸は水平荷重を、横軸は層間変形角を示す。同図 には設計用復元力特性を実線で重ねて描いている。 表-4 リブフレーム耐力一覧（試験結果） 試験体4体の水平耐力の平均値は12.0kNで終局耐力計 算値1）とほぼ一致する。設計用の降伏耐力は終局耐力の 75％とする3）, 4）。表-4に試験から得られた耐力を整理して 示す。ここで一般仕様の耐力はE70相当材を意味する。 23 GBRC Vol.34 No.4 2009.10 2．2 リブフレームの固定 ピンを両端固定として圧縮または引張する外力（W） リブフレームの集合体としてのモノコック構造体が有 を3角形分布荷重とすれば、最大モーメントは、M＝5･ 効に機能するためには、リブフレームとコーナーアング W･L/48となり、降伏モーメントMy（＝32.5kN・cm） ルとの接合部が十分な強度と変形性能を有する必要があ に達するのは、ピンの外力Wが41.6kN（＝Wy）の時で り、以下に固定部の強度特性について検証する。 ある。 2．2．1 2．2．3 ピン貫通部分木材の耐力 接合部に働く応力 リブフレームは図-5に ピンが上下または左右にWの力で移動する時、貫通孔 示すようにコーナー4カ所 周りの木材および仕口鋼板が支圧（めりこみ）で抵抗す （リブフレーム仕口）の中 るので、この降伏抵抗力を求める。また併せてピンの縁 心位置で1本のピン（貫通 端部が外側へ抜け出す耐力も検討する。 ボルト）にて固定される。 1）貫通孔まわりの抵抗要素 水平力Qを受けたときに各 仕口鋼板（SS400） 3.2mm厚 支点に生ずる反力がピン 木材（スギE70相当） 36mm厚×2 の負担する応力であり、 貫通孔の径 25mm 鉛直と水平の2方向の力で 縁端距離 75mm ある。リブフレームせん 断力に対する鉛直反力と 2）支圧耐力 図-5 リブフレームの 支点反力 木材のめりこみ強度＝6N/mm2、圧縮強度＝25N/mm2、 水平反力はリブフレーム せ ん 断 強 度 ＝ 2 N / m m 2、 鋼 板 の 支 圧 強 度 を F / 1 . 1 ＝ の高さHと幅Bの比率によって決まり、4点ともそれぞれ 213N/mm2 等しい大きさになる。これに対して接合部は鋼製のコー るとして支圧耐力Fpを計算することができる。 ナーアングルおよびガセットプレートが十分の強度と剛 性を有しているので、接合部の強度特性はピン（貫通ボ とすれば、貫通孔の直径dの範囲で等分布す Fp＝25mm× （213N/mm2×3.2mm＋25N/mm2×36mm＋ 6N/mm2×36mm）＝44940N → 44.9kN ルト）の曲げせん断耐力あるいは木材へのめり込み耐力 3）縁端部せん断耐力 または縁端耐力にて決定する（図-6参照）。ただし仕口 貫通孔の縁端部せん断耐力は木材のせん断耐力（2面） 部は鋼板（3.2mm厚）を挟んで2枚の木材（繊維方向お よび繊維直交方向：各36mm厚）から成っている。 と鋼板の支圧耐力を足し合わせて求まる。 Qp＝25mm×3.2mm×213N/mm2＋2面×75mm×72mm ×2.0N/mm2＝38640N → 38.6kN 4）リブフレーム仕口のせん断耐力 リブフレーム仕口の端部では片側の木板がつながって おらず、鋼板3.2mmと木板36mm（繊維直交方向）の直 接せん断耐力和にて検討する。 鋼板 Qy1＝3.2mm×130mm×135N/mm2＝56160N 木板 Qy2＝36mm×150mm×2N/mm2＝10800N 両者の和をとって、仕口のせん断耐力はQy＝66.9kN。 上記の計算から2-36×150部材のリブフレームは縁端部 のせん断耐力で決まり、Qp＝38.6kNが接合部耐力となる。 同様にして2-36×180部材（縁端距離90mm）のピン貫 図-6 固定部の抵抗機構（寸法単位：mm） 通部耐力を求めることができるが、ここでは縁端部せん 断耐力がQp＝43.0kNとなるので、ピンM24（仕上げボル 2．2．2 ピン（貫通ボルト）の耐力 ト4.8）の降伏耐力Wy＝41.6kNで接合部耐力が決まる。 2 ピンは仕上げボルト4.8（F＝240N/mm ）、径をM24と 2．3 モノコック構造体の体系化 する。ピンのスパンLは（リブフレーム幅＋3mm）＝ 以上でリブフレームとその固定部の定量的な評価が可 75mmで計算する。リブフレーム断面は2-36mm× 能となり、モノコック構造体の主要構成部をパラメトリ 150mmとする。 ックに変化させて、システムとしての体系化を行うこと 24 GBRC Vol.34 No.4 2009.10 ができる。パラメーターはリブフレームの断面およびス 求される。リブフレームの固定部ディテールを図-9に示 パン・階高などの寸法と固定部の仕様（金物・鋼製部材） す。 である。 2．3．1 リブフレームのパラメーター リブフレームの曲 げ強度は、木材強度 および図-7に示す仕 口の構成材料（仕口 鋼板と釘）によって 支配される。試験お よび解析 1 ） により求 まった仕口の曲げ性 能一覧表を表-5に示 す。仕口の性能がわ 図-9 図-7 リブフレーム固定部ディテール リブフレームの仕口 かるとスパンや階高 に応じてリブフレームのせん断耐力が把握でき、耐震補 強や耐震シェルターの基本性能が定量的に評価できる。 2．3．3 モノコック構造体のシリーズ リブフレームとコーナーアングルおよびその連結固定 ただし、耐震シェルターのようにリブフレームが鉛直力 部をパラメーターとして、標準Podシリーズのほか高強 を支持する場合は、座屈耐力が支配的になるので注意を 度Pod（耐震シェルター）や小型のリブフレームを連結 要する。 したj.Podウォールなど多彩な建築計画が可能なユニット 表-5 リブフレーム仕口の曲げ性能 シリーズが可能となった。 図-10は標準Podのシリーズである。標準Podは奥行き 方向に3mのコーナーアングルを用いたもので、耐震シェ ルターのように高い鉛直支持能力が求められる場合（外 端部がダブルフレームで座屈止め数が多い）を含んでい る。また大スパン架構の壁面に用いるj.Podウォールも同 2．3．2 Podにおけるリブフレーム固定部 様のシリーズとすることができる。 リブフレームを連結 してモノコック構造体 を構成するには、図-8 のような鋼製部材のコ ーナーアングルを用意 する。標準のユニット ではリブフレームを 455mmピッチで7本連 図-8 コーナーアングル 結するので、コーナー アングルは3mの長さ（ユニット連結の余長含む）になり、 部材断面はL-130×130×9（耐震シェルターのような高強 度仕様ではL-150×150×9または12）である。コーナーア ングルは工場でリブフレーム固定用のガセットプレート が溶接されており、その貫通孔にボルトを通してリブフ 図-10 標準Podのシリーズ レームをナット定着する。貫通孔とリブフレームの固定 孔は1mm以下の精度で製作されているので、モノコック ユニットの組立に当たってはかなり厳しい施工精度が要 これに対して住宅などで小部屋やバルコニーに用いる ミニサイズのPod（図-11）もシリーズ化している。 25 GBRC Vol.34 No.4 2009.10 ３．j.Pod耐震シェルターの開発 3．1 耐震シェルターの目的 耐震シェルターの設置は、木造住宅において「セーフ ティネット」を張ることであると定義することができる。 すなわち老朽化しすでに耐震性がほとんどないと診断さ れる住宅であっても、そこに暮らし続けざるを得ない災 害弱者（身体的に不自由な場合、あるいは経済的・社会 的に弱い立場にいて自力では耐震改修はおろか災害時に 避難も困難な人たち）を地震被害から守るためのセーフ ティネットである。木造住宅には強度型や変形型あるい はエネルギー吸収型などさまざまな抵抗機構があり、全 図-11 ミニPodのシリーズ 国で過半を占める住宅構法でありながら、その倒壊に対 する安全基準は統一された考え方が存在しない。 リブフレームのサイズは木材市場で4mもの、3mもの と呼ばれる材料を基本に考えているので、製作や運搬の 効率からいえば制限があり、表-6のような内法寸法を製 作・施工金物とともに標準化している。これらの標準資 材により、一般の戸建て住宅や低層（3階建て以下）の 木造建築の耐震改修や新築工事にすべて対応できると思 われる。 表-6 リブフレームのサイズ（単位：mm） 図-12 耐震シェルターの機能 図-12は文献3）における耐震シェルターが備えるべき機 能を示している。すなわち耐震シェルターは既存建屋の 構造躯体から分離しており、住宅の耐えられる水平荷重 なおユニットの標準化・シリーズ化に伴って、主要構 や水平変形に関係なく、住宅が万が一崩壊しても局所的 成部材以外の補助部材（釘や木ねじ、プレート類）もす な安全避難空間を提供する。主として上部の落下物から べてメーカーによる試験を経て強度確認を行っている。 人身を守ることができる。 また金物の防錆仕様についても高耐久性に配慮してステ ンレスまたはクロムフリーメッキ処理としている。この うち表-7に示す木ねじについては、木材の種類を変えて 強度実験を行って本システム専用として使用している。 上記の設置目的から、構造体が具備すべき要件として 下記の7つが挙げられる。 1）水平耐力：震度6強以上の地震動を受けても倒壊し ないこと 2）既存の住宅とは構造的に縁を切ること（あるいは 表-7 j.Podシステム専用の木ねじ クッション材などを挟むことにより衝突時の衝撃 緩和措置がなされること） 3）屋内に設置する場合、2階以上部分の落下（衝撃力） に耐える鉛直耐力を保有していること 4）おなじく屋内に設置する場合、上部（2階以上）の 荷重を載荷した状態で安全性を有すること 5）耐久性については、屋内に設置する耐震シェルタ 26 GBRC Vol.34 No.4 2009.10 ーは建築基準法の規定に従うが、屋外設置型は期 限界変位以上の隙間を設けることにより、水平方向の衝 限付き構造物（仮設構造物）の規定による 突はないと考える。しかし上階は水平方向へも速度を持 6）コスト的に安価で、設置工事および解体撤去も容 ちながら耐震シェルター上に落下するので、耐震シェル 易であること（屋内での組み立て・解体が可能） ターには大きな水平荷重が加わる。また耐震シェルター 7）付帯設備はできるだけ軽微にし、屋外設置型では に対する上階の偏心落下も、外力条件として鉛直荷重と 被災時の出火および延焼防止がなされていること 水平荷重を同時に考慮することで安全性を確保できる。 ここでいう屋外型の耐震シェルターは応急的な仮設構 これらの水平外力を上階の落下方向が45°に相当するも 造物であり、屋内型の耐震シェルターとは想定外力や安 のと考えれば、水平耐力（Qre）は鉛直耐力の1/√2倍、 全条件がおのずから異なる。以下に述べる耐震シェルタ すなわち ーの構造要求性能はすべて屋内型を想定している。木造 住宅のセーフティネットとして用いる耐震シェルターは 実大試験もしくは構造計算によってその構造性能が検証 Qre ＝ 1/√2×S×7.5 ＝ S×5.25（kN） つまり3階建て木造住宅の1階でベースシェア係数0.7に 相当する水平耐力が要求される。 されていなければならない。耐震シェルターの構造性能 3）検証法 について定まった定量的評価法はないが、ここでは上記 安全性を検証するための実大試験には、さまざまな方 の7つの条件を満たすような定量的性能値の考え方を示 法が考えられる。上記に述べた鉛直荷重支持能力および す。 水平荷重支持能力について破壊試験によって確認するこ とや、S×7.5kN/m2の積載荷重を設置した実大モデルを 用いて振動実験を行うことが考えられる。構造計算は振 動実験と同じく、S×7.5kN/m2の上載荷重を受ける耐震 シェルターの耐震安全性を鉛直方向および水平方向につ いて検証する。なお上階の落下が必ずしも垂直でなく、 耐震シェルターにとっては偏心載荷となる可能性が高い ことから、ねじれ変形や座屈耐力に注意する。 3．2 実大加力試験 j.Pod耐震シェルターの性能を検証するために、木材お 図-13 よびねじ類の材料実験、リブフレームの水平載荷試験と、 耐震シェルターの要件 j.Pod耐震シェルター（単体）の鉛直方向と斜め方向から 図-13のように2階建て木造住宅の1階にシェルターを の載荷試験を （財） 日本建築総合試験所に委託して行った。 設置する場合を考え、以下の手順で耐震安全性を検証す 鉛直載荷試験 2008年8月7日 る。 斜め載荷試験（フレーム方向） 2008年10月30日 1）鉛直荷重支持能力（鉛直耐力） 斜め載荷試験（フレーム直交方向）2008年10月31日 既存の木造住宅の強度が不足して倒壊した場合、2階 なおここに示す一連の実大試験は平成20年度国土交通 床から上部は耐震シェルター上に落下する。落下する高 省地域木造住宅市場活性化推進事業に採択され、その交 さに依存するが、耐震シェルターは上階の落下に伴う衝 付金によって実施したものである。 撃荷重を受けることになる。つまり耐震シェルターは 3．2．1 試験体 ［上載荷重×衝撃係数］に耐えなければならない。よっ 試験は鉛直載荷、フレーム方向斜め載荷、フレーム直 て衝撃係数を1.5とすれば、耐震シェルターの負担する部 交方向斜め載荷の3ケースについて行った。一般建築用 2 2 屋面積をSm 、既存住宅の質量を2.5kN/m として、必要 のユニットは、7本のリブフレーム（＠455mm）で構成 な鉛直耐力（Nre）は次式で表せる： するが、耐震シェルターはリブフレームを高強度の木材 2 Nre ＝ 1.5×S×2.5kN/m ×2階 ＝ S×7.5（kN） （E90相当）とし、コーナーアングルとの接合も高強度の つまり耐震シェルターおよびその基礎は3階建て木造 ピン（仕上げボルト6.8）を用いる。当試験では奈良産ス 住宅の1階部分と同じ程度の支持能力が要求される。 ギ（表-3のSN同等材）を使用した。また両サイドは2フ 2）水平荷重支持能力（水平耐力） レームを一体化し、合計9のリブフレームで構成する。 耐震シェルターと既存構造体は水平方向に1階の安全 内法寸法はスパン2,730mm、高さ2,540mm、フレーム直 27 GBRC Vol.34 No.4 2009.10 交方向の外柱芯スパンは2,730mmで広さは4畳半を標準 外側からオイルジャッキにより対角に載荷する。フレー 形とする。鉄筋ブレースはM22をＸ型に設置する。斜め ム直交方向載荷の場合は、同一形状の試験体を90度回転 方向載荷の試験体は図-14の標準型とするが、鉛直方向 して設置し、各ブレース構面の外側から同様にオイルジ 載荷の試験体は載荷装置の寸法制限のため、中央のリブ ャッキにより載荷した。載荷は静的一方向加力とした。 フレームを2本減らして合計7とし、外柱芯スパンを 1,820mmとした。 図-16 試験装置（フレーム方向斜め載荷） 3．2．3 鉛直方向載荷試験の結果 柱頭部鉛直変位と載荷荷重の関係を図-17に示す。 図-14 耐震シェルター試験体 天井には24mmの合板を、床 には12mmの合板を木ねじで固 定している。座屈止めは3.2mm のＬ形のプレートを介して、端 部の柱は5本の木ねじ、中間の 柱は2本の木ねじで固定した 写真-3 座屈止め （写真-3）。 3．2．2 載荷方法 図-17 柱上部の鉛直変位量 写真-4は側面から見た最大 荷重時の状況である。図-17の δvc、δvn、δvsはそれぞれ、 中央柱、左端柱、右端柱の柱 頭部鉛直変位の平均である。 中央部と両外端の柱では変位 の分布に偏りが生じている。 荷重が最大値821kNになっ 図-15 試験装置（鉛直載荷） た時に、右端部の柱（ダブル フレーム）中央の座屈止め接 試験装置を図-15および図-16に示す。鉛直方向は幅 1m×長さ4mの載荷ビームにて直上から加力する。 続部が破壊し左方向へ柱面外 写真-4 最大荷重時の状況 変形（座屈）が一気に進行し 斜め方向については、フレームを連結する上下のコー た。同時に荷重が782kNに低下し実験を終了した。試験 ナーアングルに、ナイフエッジ加工を施したＨ形鋼（H- 終了後の柱に損傷や残留変形が見られなかったため、柱 200×200×5.5×8）を設置し、その両端をユニットの両 は弾性座屈であると考えられる。 28 GBRC Vol.34 No.4 2009.10 3．2．4 斜め方向載荷試験の結果 試験結果を図-18に示す。縦軸はロードセルの荷重値、 シェルターがカバーできる床面積は40m2になる。さらに 40 m2分の重量100kNを上載荷重とした状態で余震を受け 横軸は層間変形角R（γ：対角方向変位より計算した変 ても水平耐力は106kNであり、試験体ユニットは耐震シ 形角）を示す。Ｒとγは2構面の平均値である。 ェルターとして十分に機能することが確認できた。 表-8 3．3 試験結果の整理 耐震シェルターの適用 耐震シェルターは大阪府および大阪市において既存木 図-18 斜め方向載荷試験結果 造住宅の耐震改修法として、2009年度より補助金の対象 になっている。耐震シェルターはj.Podの場合、実験結果 フレーム方向はR より鉛直耐力と水平耐力および斜め加力時の耐力がわか が1/20radを超えた っているため、図-19のように設置場所が決定すればそ 頃からリブフレー の支配面積を算出して落下荷重を求め、3.1節に述べた方 ム仕口内の3.2mm 法でシェルターとして安全であるかどうかを定量的に判 鋼板が座屈し始め 断することができる。ただし居住性や2次災害防止への た。R＝1/9radで荷 配慮など設置に当たって考慮すべき事項は表-9のような 重が153kN（最大値） チェックリストで押さえておかねばならない。 となり、オイルジ ャッキのストロー 写真-5 フレーム方向載荷終了時 クの限界R＝1/5rad で試験を終了した。 フレーム直交方 向は荷重Pが約 170kNで引張側の鉄 筋ブレースが降伏 図-19 耐震シェルターの設置イメージ したがその後も変 形が進行し、R＝ 写真-6 フレーム直交方向載荷終了時 1/8radで試験を終 表-9 耐震シェルターチェックリスト（例） 了した。最大荷重は206kNであった。圧縮側の鉄筋ブレ ースは早期に座屈を起こしたが、いずれのブレースも破 断に至っていない。 3．2．5 耐震シェルター実大試験の考察 試験で得られた主な耐力を表-8に示す。フレーム方向 の水平耐力換算値は106kNで、リブフレーム耐力の9本 分＝104.4kNにほぼ一致している。また、フレーム直交 方向の斜め方向耐力は鉄筋ブレースの降伏耐力に一致す る。 木造住宅の地震時重量を2.5kN/m2、衝撃係数を1.5と仮 定し、フレーム斜め方向の耐力を150kNとすると、耐震 29 GBRC Vol.34 No.4 2009.10 ４．リブフレームを用いた耐震補強 4．1 行えばかなりの耐震性能向上を図ることが可能となる。 リブフレームの復元力特性と固定法 リブフレームの復元力特性については2.1節に述べたよ うに部材断面と架構寸法に応じて適切に設定することが できる。文献 4）では単位フレーム（1.82m幅×2.73m高） について図-20のように設計用の復元力特性を設定して いる。なおスギ材はJAS等級によるE70相当材（含水率 20%以下）を用いている。 図-22 京町家の耐震改修計画事例 伝統的な木造軸組建物の耐震改修を行う場合、文献 4） による限界耐力計算を用いて改修設計を行うことが望ま しいが、建築防災協会による一般診断法を用いて簡略的 図-20 リブフレームの設計用復元力特性 に必要な壁量を確保することも行われている。そのため にリブフレームの復元力特性から等価な壁強さ倍率に換 ただし標準品の寸法は表-6によるので実施適用に当た っては寸法による耐力補正が必要である。また上下の固 定部金物は図-21による。 算すれば、2-36×150部材で約1.8kN、2-36×180部材で約 2.5kNとなる。 多くの人が集まる社寺建築や戦前から存続する木造長 屋などの耐震改修を促進することは緊急の課題である。 空間構成を変えずに耐震改修するためには、過度な剛性 を持たず耐力と変形能力に優れたリブフレームと適度な 制震ダンパー3）を併用して補強するのが現実的であると 考えられる。写真-7〜10はその事例である。 図-21 リブフレーム固定部金物詳細 4．2 写真-7 大阪市内の戦前長屋 写真-8 同左（別棟） 耐震改修工事の事例 j.Pod耐震シェルターの主要構造部材であるリブフレー ムは鉛直荷重を支持し、また水平力に対して大きな耐力 と変形能力を有する耐震補強部材として利用が可能であ る。たとえば京町家（京都市内に2万棟以上残存）では 狭い間口で耐震壁要素を増設することが難しいが、通り 庭の空間を利用して図-22のようなリブフレーム配置を 30 写真-9 名張市の公民館 写真-10 宇多津町の寺院庫裡 GBRC Vol.34 No.4 2009.10 ５．j.Podシステムの建築物への展開 5．1 生産体制 すると1,055kNになるので、3階建て以上の中層建築も建 設が可能である。ただし水平剛性を確保するためRC造な j.Podシステムの主要構成資材は地域産のスギ材と鋼製 どの耐震コアや制震装置を併設する配慮も必要となる。 部材および金物類である。鋼製部材などはすでに市場が 図-24は3階建ての公営住宅団地計画のスケルトンを示 確立しており安定的な供給は問題ない。本事業では地域 している。3階建てでは最下層に耐震シェルターのよう 産のスギ材を一定の品質（強度および含水率）を確保し な端部ダブルフレームの高強度Podを配することにな つつ安定的に供給できるルートを確立すべく、大阪府近 る。 辺から可能な各地を訪問してデータを蓄積した。当面の 生産拠点としては、四国（高知県吾川森林）からの供給 ルートを確保し、リブフレームの製作は香川県内および 兵庫県内、奈良県内の製材工場にて行える体制を整えた。 これらの供給体制は3件の試験施工にて実証した。ただ しスギ材の生産拠点としては大阪府近郊の兵庫県・京都 府・奈良県・和歌山県などからも可能であり、原木伐採 →集積→製材→乾燥→リブフレーム製作→現場搬送→ Pod組立・連結の一連作業をトレースできる体制をとっ ている。 5．2 低層住宅（平屋および2階建て） 図-24 木造3階建て集合住宅 低層の住宅やモデル 建物は京都大学構内に さらに高層化を 数棟（2005〜2006年度 図るためには、防 竣工）、兵庫県姫路市 火面での計画が伴 （清水谷第3団地20戸・ わなければならな 2） 2007年3月竣工） にあ い。エレベーター り、また京都市内でも コアや中廊下部分 新築の戸建て住宅が竣 で防火区画を図 工している（2007年 り、構造的なバラ 度）。 図-23 標準（2階建て）住宅 図 - 2 3 は筆者らで作 ンスを考慮すれ ば、図-25のよう 成した約30坪の標準住宅（骨組図）である。内法間口2 な8階建て集合住 間の標準Podを3Pod連結し、2層積みとする。階段や玄 宅も可能と考えら 関は在来木造軸組で架構を組み、耐震性能はPodで確保 れる。 する標準的な設計手法で作成した。住戸内に構造壁を一 5．4 j.Podウォールは のGAPで取ることができる。構造体に用いる木材量は在 幅の小さいPodを複 来工法より多くなるが、コストはシステムの標準化によ 数重ねて壁柱を形成 り在来工法と同等になった。この設計手法を用いて、さ し、大断面の梁材や らに低コストで多様なプラン（坪庭を持つ町家型プラ トラス（鉄骨造含む） ン・郊外型ファミリープラン・狭小敷地対応プランな を掛け渡して大空間 ど）を数名の建築家に依頼して作成中である。 を形成する計画 中高層集合住宅 耐震シェルターの実大実験を通じてモノコック構造体 の高耐力が確認できた（表-8）。鉛直方向の座屈耐力を 標準タイプのj.Pod耐震シェルター（9フレーム）に換算 8階建て集合住宅 j.Podウォールを用いた建築 切設ける必要がなく、採光は間口の大開口またはPod間 5．3 図-25 （図-26）に用いるこ 図-26 市街地型店舗付き住宅 とができる。 さらに学校体育館や工場・倉庫建築のような大空間建 築も図-27のように計画すれば可能である。 31 GBRC Vol.34 No.4 2009.10 能保証へ向けて地域に根ざした地道な活動を行ってい る。j.Pod工法協会の活動についてはホームページ （http://www.jpod-eng.com/）に掲載しているが、実施 体制は図-28に示すとおりである。本協会は大阪および 近畿圏での生産供給・施工の体制であるが、今後は全国 的に工法を普及させるとともに、地域ごとに組織化を行 っていく予定である。 図-27 学校体育館 本工法の基本は我が国の伝統的な木造システムを踏ま えた新しい耐震技術であり、生産供給面では地域に根ざ ６．おわりに した循環型経済システムである。それはまた21世紀の基 我が国における木造住宅産業は、在来型の伝統的な木 幹産業と言われる環境事業（エコシステム）の側面を多 造軸組構法から外国産材を用いた輸入（金物）工法主体 分に有する。5章で紹介した多様な建築物の可能性は、 へと移行する動きが加速し、加えて地域木材産業の経済 さらに大きな技術的拡大を示唆していると考えられる。 的弱体化とあいまって、地域の循環型住宅システムが危 機的状況にあることは否めない。筆者らはこのような認 〔謝辞〕 識の元に、地震国である日本の木造住宅の特徴を踏まえ 耐震シェルターについて辻文三京都大学名誉教授およ つつ、新しい住宅・建築システムを提供すべくビジネス び河村廣神戸大学名誉教授からご助言を賜り、実大実験 モデルの構築を図っている。 の実施は（財）日本建築総合試験所に委託した。試験体の 製作・施工は（株）鳥羽瀬社寺建築および（株）染の川組に 組立試験を兼ねて担当いただいた。リブフレームの実験 は福山大学・鎌田輝男研究室にて実施した。また耐震シ ェルターの実用化にあたり、国土交通省近畿地方整備局 建築安全課および大阪府住宅まちづくり部建築指導室な らびに大阪市都市整備局企画部の関係各位にご協力とご 支援をいただいた。これら関係各位に厚くお礼申し上げ ます。 【参考文献】 1）樫原健一・桝田洋子：木造モノコック構法の開発−リブフレ ームの復元力特性（2題），日本建築学会大会学術講演梗概集 （関東），No.22073-22074，2006.9 2）樫原健一・桝田洋子：木造建築の新しい工法-j.Podモノコッ クシステム，建築人（大阪府建築士会），2006.12 3）樫原健一・河村廣：木造住宅の耐震設計-リカレントな建築 をめざして，技報堂出版，pp.4-8，2007.3 図-28 j.Podシステムの実施体制 そのため2007年1月に設立した特許管理組織である有 限責任事業組合j.Podエンジニアリングを中心に、数名の フェローを加えて積極的な研究開発活動を経て、2008年 10月に16の民間会社からなるj.Pod工法協会を国土交通省 および関係行政庁の支援の元に設立した。協会に所属す る企業は地場のゼネコン・住宅会社や関連部品のメーカ ーおよび建築（構造）設計事務所であり、品質確保・性 32 4）日本建築構造技術者協会関西支部木造住宅レビュー委員会： 大阪府木造住宅の限界耐力計算による耐震診断・耐震改修に 関する簡易計算マニュアル，大阪府建築士会講習会テキスト， 2008.9 5）樫原健一：木造の可能性−デカルトの「方法」をめぐって， 建築と社会（日本建築協会），2008.10 6）樫原健一・桝田洋子・金丸沙映・鎌田輝男：スギ材を用いた 木造モノコックユニットの耐震性能検証-（1）部材構成と接 合部の強度特性・（2）リブフレームの水平載荷実験・（3）モ ノコックユニットの実大実験，日本建築学会大会学術講演梗 概集（東北），No.5530-5532，2009.8
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